УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2010 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений различных объектов, а именно для преобразования ограниченного угла поворота вала в код, когда нецелесообразно применять сложные, полнооборотные и дорогие датчики (редуктосины, СКВТ и пр.).

Известен преобразователь перемещений (В.Г.Домрачев, В.Р.Матвеевский, Ю.С.Смирнов. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.58), содержащий П-образный магнитопровод, выходные обмотки которого соединены с элементами сравнения СС1, СС2, СС3, выходы которых подключены к шифратору Ш, содержащему элементы НЕ1, НЕ2, НЕ3 и И1, И2, И3, на выходах которых формируется позиционный код перемещения.

Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная большой дискретностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения угловых перемещений по RU 2313764 С1, 27.12.2007, МПК G01B 7/30, содержащее формирователь синусоиды, трансформаторный датчик угла, дифференциальный усилитель, устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, блок управления и синхронизации и генератор.

Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства является погрешность, обусловленная изменением напряжения на выходе формирователя синусоиды.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения угла за счет уменьшения погрешности, обусловленной изменением напряжения на выходе формирователя синусоиды.

Для достижения поставленной задачи в устройство для измерения угловых перемещений, содержащее формирователь синусоиды, выход которого соединен с входом трансформаторного датчика угла, выходы которого соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, а выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом регистра данных, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления и синхронизации, третий выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с генератором, введена схема компенсации, вход которой соединен с выходом формирователя синусоиды, а выход соединен третьим входом устройства выборки-хранения, т.е. с суммирующим входом усилителя устройства выборки-хранения.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения угловых перемещений, на фиг.2 - схема компенсации, на фиг.3 - эпюры напряжений устройства для измерения угловых перемещений.

Устройство для измерения угловых перемещений содержит формирователь 1 синусоиды, трансформаторный датчик 2 угла, дифференциальный усилитель 3, устройство выборки-хранения 4, аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 6 данных, блок управления и синхронизации 7, генератор 8, схему компенсации 9.

Устройство работает следующим образом.

На вход трансформаторного датчика 2 угла подается синусоидальное напряжение с выхода формирователя 1 синусоиды. Трансформаторный датчик 2 угла, изображенный на фиг.3, работает на принципе размыкания электромагнитного поля. Он состоит из магнитного сердечника с зазором, в котором перемещается чувствительный элемент - медный виток, обладающий большой электрической проводимостью. Перемещение чувствительного элемента вызывает изменение величины наводимых в нем вихревых токов. При этом изменяется индуктивная связь между первичной обмоткой, расположенной на центральном сердечнике, и выходными обмотками. Если виток находится в нулевом положении, как показано на фиг.3, напряжение на выходе датчика, равное разности напряжений на выходных обмотках, будет равно нулю, т.к. выходные обмотки включены встречно и напряжения на выходных обмотках будут равны между собой по амплитуде и противоположны по фазе. Когда чувствительный элемент начнет вращаться, напряжение на выходе датчика изменяется пропорционально α - углу поворота витка.

Полярность выходного напряжения определяется направлением отклонения витка от нулевого положения.

Выходное синусоидальное напряжение датчика 2 подается на вход дифференциального усилителя 3. Усиленное до необходимой величины напряжение U_ду, поступает на вход устройства выборки-хранения 4.

С помощью блока управления и синхронизации 7 в устройстве выборки-хранения 4 один раз за период происходит запоминание значения U_ду. Постоянное напряжение U_увх с выхода устройства выборки-хранения 4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5, где преобразуется в цифровой код N=f(α), пропорциональный углу поворота чувствительного элемента датчика.

В процессе работы устройства, вследствие воздействия температуры или с течением времени, может произойти изменение выходного напряжения формирователя 1 синусоиды. Это приведет к дополнительной погрешности измерения угла.

U_увх=U_ну+ΔU_увх,

где U_увх - выходное напряжение устройства выборки-хранения;

U_ну - выходное напряжение устройства выборки-хранения в нормальных условиях;

ΔU_увх - погрешность измерения выходного напряжения трансформаторного датчика угла на выходе устройства выборки-хранения.

Для уменьшения этой погрешности в устройство вводится схема компенсации 9. Она работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение с выхода формирователя 1 синусоиды подается на схему компенсации 9. Схема компенсации 9 представляет собой амплитудный детектор, показанный на фиг.2. С помощью резистора R3 детектор настраивается таким образом, что в нормальных условиях на его выходе устанавливается нулевое напряжение. В результате изменения температуры или с течением времени выходное напряжение формирователя 1 синусоиды изменяется и на выходе детектора 10 появляется напряжение

U_ск=К_д·ΔU_фс,

где К_д - коэффициент передачи детектора;

ΔU_фс - величина изменения напряжения на выходе формирователя 1 синусоиды;

U_ск - выходное напряжение схемы компенсации.

Коэффициент передачи детектора К_д устанавливается таким, чтобы напряжение U_ск было равно по величине погрешности ΔU_увх.

Затем напряжение U_ск, равное по величине погрешности ΔU_увх и противоположное ему по знаку, подается на суммирующий вход усилителя устройства выборки-хранения, где с необходимым масштабом суммируется с измеряемым напряжением, корректируя выходное напряжение U_увх. В результате компенсируется погрешность измеряемого напряжения, вызванная изменением выходного напряжения формирователя 1 синусоиды.

Применение схемы компенсации позволило практически исключить погрешность преобразователя угловых перемещений от изменения выходного напряжения формирователя 1 синусоиды и снизить требования к стабильности выходных параметров формирователя.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ФГУП НПОПМ предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: повышение точности измерения угла. Сущность: устройство содержит формирователь синусоиды, трансформаторный датчика угла, дифференциальный усилитель, устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, блок управления и синхронизации, схему компенсации. Вход схемы компенсации соединен с выходом формирователя синусоиды. Коэффициент передачи схемы компенсации установлен таким, чтобы напряжение на ее выходе было равно погрешности ΔU_увх измерения выходного напряжения трансформаторного датчика угла на выходе устройства выборки-хранения при изменении выходного напряжения формирователя синусоиды. Напряжение, равное по величине ΔU_увх и противоположное ему по знаку, подается на суммирующий вход усилителя устройства выборки-хранения. 3 ил.

Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее формирователь синусоиды, выход которого соединен с первым входом трансформаторного датчика угла, выходы которого соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, а выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом регистра данных, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления и синхронизации, третий выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с генератором, отличающееся тем, что в него введена схема компенсации, вход которой соединен с выходом формирователя синусоиды, при этом коэффициент передачи схемы компенсации установлен таким, чтобы напряжение на ее выходе было равно погрешности ΔU_увх измерения выходного напряжения трансформаторного датчика угла на выходе устройства выборки-хранения при изменении выходного напряжения формирователя синусоиды, а напряжение, равное по величине ΔU_увх и противоположное ему по знаку, подается на суммирующий вход усилителя устройства выборки-хранения.